Sổ tay thủy văn cầu đường - TÍNH TOÁN THUỶ LỰC CÔNG TRÌNH CẦU TRONG TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT part 4 doc

Nếu bố trí vị trí cầu ở giữa quạt bồi đối diện với cửa núi thì do quạt bồi ở
giữa cao, hai bên thấp, nước sẽ dồn vào chỗ trũng nên việc thoát nước qua
cầu rất ít tác dụng và nước đọng ở chỗ trũng không tiêu được. Nếu vị trí cầu
đặt ở chỗ thấp về hai phía quạt bồi, dòng chủ thường thường xói thẳng vào
nền đường, ảnh hưởng tới an toàn của tuyến đường. Do đó tốt nhất nên tránh
khu vực quạt bồi. Nếu do điều kiện bắt buộc phải đặt vị trí cầu trên quạt bồi
tích thì cần có công trình kiên cố, không cho lưu lượng thay đổi và lòng chủ
di chuyển. Khi bố trí cầu ở gần cửa núi thì vị trí cầu phải đối diện với cửa
núi đồng thời dùng kè bó dòng nối liền từ cửa núi tới cầu và kéo dài thêm
một đoạn xuống hạ lưu để tránh dòng nước bị khuếch tán sau khi chảy qua
cầu, làm cho phù sa bồi ở cạnh khẩu độ cầu. Chiều cao kè bó dòng ngoài
việc căn cứ vào mực nước thiết kế bình thường còn cần phải căn cứ vào tài
liệu điều tra để xét tới tình hình bồi của lòng sông sau này.
Độ dốc cân bằng chuyển cát lòng sông sau khi ngừng bồi tích, có thể
dùng độ dốc của đoạn không bị bồi tích gần đó. Khi khảo sát thiết kế phải
dựa vào tài liệu điều tra được, xác định độ dốc cân bằng chuyển cát dòng
sông và đường mặt nước, đồng thời cần thêm một độ cao an toàn thích đáng
để xác định cao độ đỉnh đập. Kích thước mặt cắt kè thắt nước có thể tham
khảo số liệu liên quan ở chương VII hoặc các tài liệu khác để thiết kế; mặt
kè tiếp xúc với nước cần xét tới xói mặt dốc và lỗ chân kè, căn cứ lưu tốc
lớn nhỏ mà tiến hành thiết kế phòng hộ.
Khi cầu cách cửa núi tương đối xa, nếu dùng biện pháp làm kè bó
dòng nối tới cửa núi thì rõ ràng không hợp lý về kỹ thuật và kinh tế thì có
thể dùng phương án nhiều cầu qua các chi lưu chính. Lúc này tuyến đường
phải thẳng góc với quạt bồi, tức là tuyến đường phải song song với đường
đồng mức có góc chuyển hướng bằng góc khuếch tán dòng nước (xem hình
5-5). Vị trí tuyến đường như vậy rất tiện cho việc xử lý vấn đề điều tiết dòng
nước đồng thời làm cho chỗ trũng không bị bồi tích.

Hình 5-
5

Kè điều tiết


Ở giữa vị trí cầu có thể bố trí kè hướng dòng bịt kín kiểu chữ nhân
(), Kè hướng dòng 2 bên cần kéo dài ra ngoài đường tràn ngập thiết kế,
chiều cao và mặt cắt kè hướng dòng xem phần công trình điều tiết chương
VII. Trong phạm vi quạt bồi không được phép đào, đồng thời còn phải dự
tính được khả năng bồi cao sau này.
Đối với việc thiết kế tĩnh không dưới cầu, cao độ vai đường, cao độ
đỉnh kè hướng dòng hoặc kè chắn nước đều phải dự trữ chiều cao bồi tích
cần thiết. Độ dốc đáy sông dưới cầu phải bảo đảm khớp với thượng, hạ lưu
để thoát phù sa được dễ dàng.
c. Tính lưu lượng
Ở khu vực chảy tràn trước núi trong trường hợp thông thường đều
không có trạm thuỷ văn (Trạm thủy văn thường bố trí ở đoạn sông phía
thượng lưu cửa núi, hoặc ở đoạn sông phía hạ lưu chỗ các dòng nhánh hợp
lại). Mặt khác ở khu vực chảy tràn lan do dòng sông không theo quy luật
nào, mực nước tính toán hệ số nhám, độ dốc v.v đều rất khó định được
chính xác nên dùng phương pháp hình thái tính lưu lượng nước tràn sẽ rất
khó khăn.
Muốn tìm lưu lượng tương đối chính xác có thể dùng biện pháp sau
đây: Tại hai vị trí ở cửa núi và đoạn sông ở hạ lưu phải thu thập tài liệu lưu

lượng thực đo nhiều năm đồng thời của các trạm thuỷ văn hoặc lưu lượng
tính toán bằng phương pháp hình thái, chấm đường cong quan hệ lưu lượng
tương ứng ở hai chỗ (xem đường cong OCF hình 5-6). Nói chung sau khi lũ
thoát qua cửa núi, đỉnh lũ truyền xuống phía dưới bị nhiều tổn thất như triết
giảm do nước tích, thẩm thấu vào lòng sông, mương tưới vào đồng ruộng
v.v nếu không có chi nhánh lớn đổ vào thì lưu lượng ở hạ lưu so với lưu
lượng ở thượng lưu thường nhỏ hơn.
Những năm ít nước, lưu lượng ở hạ
lưu nhỏ hơn nhiều lần so với lưu
lượng ở thượng lưu. Còn năm nhiều
nước thì lưu lượng dần dần tiến tới
bằng nhau. Sau đó căn cứ vào lưu
lượng lớn nhất lịch sử thu thập được ở
cửa núi, xác định lưu lượng lớn nhất
tại vị trí cầu theo phương pháp triết
giảm lũ (tham khảo chương III).
B
0

C

F

45
o

E
Q
TL
Q

HL
Hình 5
-
6

Đem lưu lượng này chấm trên hình 5- 6 được điểm A, điểm này ở
giữa đường 45
o
và đường cong OCF; AB/AC biểu thị tỷ số tổn thất lưu
lượng ở cửa núi đến vị trí cầu với tổn thất lưu lượng giữa vị trí cầu đến mặt
cắt hạ lưu. Nếu AB/AC tìm được trên đồ thị khác nhiều so với tình hình thực
tế của tổn thất lưu lượng giữa thượng và hạ lưu vị trí cầu, có thể điều chỉnh
vị trí điểm A cho hợp lý.
Cuối cùng giữa đường cong OCF và đường thẳng 45
o
vẽ đường cong
nội suy OAD qua điểm A. Tức là đường cong quan hệ giữa lưu lượng ở vị trí
cầu với lưu lượng ở cửa núi. Như vậy lưu lượng thiết kế ở vị trí cầu có thể
theo lưu lượng cùng tần suất ở cửa núi, tra trên đường cong OAF.
Khi vị trí cầu cách cửa núi rất gần, giữa khẩu độ cầu và cửa núi nối
bằng kè bó dòng thì lưu lượng vị trí cầu có thể trực tiếp dùng lưu lượng ở
cửa núi. Khi vị trí cầu cách cửa núi tương đối xa và bố trí nhiều khẩu độ cầu,
trước tiên theo phương pháp trên tìm tổng lưu lượng tính gộp các cầu, rồi
dựa vào công thức sau tính lưu lượng mỗi cầu:


 
 



5,0
5,0
RIW
KIRC
QQ
C
iii
Pi

(5-12)
trong đó:
Q
p
: tổng lưu lượng thiết kế tính gộp các cầu, m
3
/s;
Q
i
: lưu lượng thiết kế mỗi cầu, m
3
/s;
K: hệ số tăng cường khi xét tới trị số phân phối lưu lượng không ổn
định (phương pháp xác định xem 5.1);
W
i
, C
i
, R
i
, I

i
: là diện tích thoát nước, hệ số Sêdi, bán kính thuỷ lực và
độ dốc mặt nước của các cầu. Việc xác định các yếu tố thuỷ lực này có thể
dựa vào mặt cắt hình thái thẳng góc với lưu hướng và mực nước lũ lịch sử
điều tra được để tính toán.
Giữa 2 cầu có thể căn cứ vào chỗ địa hình lồi lõm trên mặt cắt làm
đường phân giới lưu lượng. Khi điều tra mực nước lũ lịch sử cần chú ý trên
mặt nước có độ vồng hoặc độ dốc ngang, do đó phải tiến hành điều tra trên
từng dòng nhánh, không nên chỉ lấy mực nước lũ điều tra tại 1 vị trí làm
mực nước chung cho toàn mặt cắt.
d. Tính khẩu độ
Trước khi tính khẩu độ phải căn cứ vào lưu lượng thiết kế của các cầu
tìm được theo công thức Sedi - Maning tính ra mực nước thiết kế. Khi dùng
kè bó dòng nối liền khẩu độ cầu và cửa núi, chiều rộng lòng sông giữa khẩu
độ cầu và kè thắt nước không được bóp hẹp và cần dùng cầu tương đối rộng.
Nếu vị trí cầu cách cửa núi tương đối xa mà dùng phương án bắc nhiều cầu
có thể theo phương pháp tính khẩu độ nhiều cầu trên 1 sông ở Đ5.1 để xác
định khẩu độ. Khi tính cần chú ý: Nếu tuyến đường không thẳng góc với lưu
hướng các dòng nhánh trước hết phải dựa vào mặt cắt phụ ở thượng lưu
thẳng góc với lưu hướng để tính được khẩu độ cần thiết, sau đó xét chảy
xiên mà xác định khẩu độ tại vị trí cầu. Đồng thời từ mực nước tính toán ở
mặt cắt thượng lưu, tìm ra mực nước thiết kế dưới các cầu theo độ dốc lòng
sông.
5.2.3. Sông ở vùng hồ ao, đầm lầy nội địa
a. Miêu tả đặc trưng
Khu vực trũng nước nông có lau sậy… mọc um tùm gọi là vùng đầm
lầy. Khu vực trũng giữa có vũng nước sâu, không có cỏ mọc gọi là ao hồ.
Xung quanh ao hồ thường có rất nhiều dòng nhánh chảy vào. Nói chung
nước chứa trong hồ ao không chảy ra ngoài, nhưng có một số hồ ao khi mực
nước lũ dâng cao tới mức nào đó thì chảy vào hồ ao thấp hơn cạnh đó hoặc

tràn ra sông lớn.
Sông nội địa khi chảy qua vùng núi thì có lòng sông sâu rõ ràng, tới
vùng bằng phẳng, lòng sông rộng nông và uốn khúc, khi lũ nước chảy tràn
lan, độ dốc thoải, lưu tốc và lưu lượng so với vùng núi giảm đi, nhưng khi
dòng nước chảy vào khu vực ao hồ lòng sông mất đi, mặt nước rất rộng, độ
dốc rất nhỏ, lưu tốc, lưu lượng cũng nhỏ hơn.
b. Xác định mực nước thiết kế
Nếu không có tài liệu quan trắc thuỷ văn, có thể tham khảo công thức
(2 – 45).
c. Xác định lưu lượng thiết kế
Khu vực hồ ao đầm lầy thường không có người ở, tài liệu của trạm
thuỷ văn thiếu, điều tra mực nước lũ lịch sử lại rất khó khăn. Do bãi sông
rộng nên nếu mực nước chỉ sai một chút thì sẽ ảnh hưởng rất nhiều đến lưu
lượng. Dưới đây giới thiệu một số phương pháp tính, khi ứng dụng nên đối
chiếu lẫn nhau.
 Phương pháp hình thái:
Tiến hành khảo sát hình thái tại chỗ cửa núi phía thượng lưu để xác
định lưu lượng lớn nhất lịch sử. Dựa vào trị số C
v
, C
s
của vùng đó tính đổi
thành lưu lượng theo tần suất thiết kế rồi dùng phương pháp triết giảm
truyền lũ (xem chương III), tính ra lưu lượng ở chỗ sông đổ vào hồ.
Nếu điều kiện cho phép, đo mặt cắt hình thái cạnh bờ hồ và tính lưu
lượng để đối chiếu.
 Phương pháp tính theo công thức Đ.L.Xôkôlôpxki
Sau khi điều tra và tính được lưu lượng lớn nhất lịch sử cửa núi rồi
xác định hệ số dòng chảy theo công thức:
 



fFHH
tQ
oT
l
.278,0
.


(5-13)
Ý nghĩa các ký hiệu đã nêu trong công thức Đ.L.Xôkôlôpxki chương
II. Từ hệ số dòng chảy của lũ lịch sử nói trên có thể tính đổi thành hệ số
dòng chảy tần suất lũ thiết kế theo công thức sau:
n
P




'

(5-14)
trong đó:
a
p
: hệ số dòng chảy khu vực tương ứng với tần suất lũ thiết kế, tra
bảng 2 - 11;
a
n

: hệ số dòng chảy khu vực tương ứng với tần suất lũ lịch sử ,tra bảng
2 - 11.
Căn cứ vào hệ số dòng chảy a’ tính lưu lượng ứng với tần suất thiết kế
chỗ cửa núi theo công thức Đ.L.Xôkôlôpxki.
Cũng có thể tính lưu lượng ở cạnh hồ ao theo công thức
Đ.L.Xôkôlôpxki nhưng khi xác định trị số  dùng thời gian tập trung nước t
bằng công thức sau:
2
2
1
1
67,16
V
L
V
L
t 










(5-15)
trong đó:
L

I
, L
2
: chiều dài lưu vực từ đỉnh phân thuỷ tới cửa núi và từ cửa núi
tới mép hồ, km;
V
I
, V
2
: lưu tốc bình quân từ đỉnh phân thuỷ tới cửa núi và từ cửa núi
tới mép hồ, m/s;